(57)【要約】  本発明は、粗い表面、特に生体表面に接着させるための構造化コーティングを有するデバイスであって、キャリア層を備え、複数の突出部が該キャリア層上に配置され、この突出部が各々、少なくとも表面の反対を向く端面を有する軸を含み、更なる層が少なくとも端面上に配置され、該層が問題の突出部とは異なる弾性率を有する、デバイスに関する。更なる層は、内部構造化コーティングが作製されるように突出部の中間にある空間を満たすこともできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造化コーティングを有するデバイスであって、該デバイスがキャリア層を備え、複数の突出部が該キャリア層上に配置され、該突出部が各々、少なくとも表面の反対を向く端面を有する軸を含み、更なる層が少なくとも前記端面上に配置され、該層が問題の突出部とは異なる弾性率を有することを特徴とする、デバイス。
【請求項２】
前記端面上に配置される前記更なる層が、それぞれの突出部よりも低い弾性率を有することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記突出部が１を超えるアスペクト比を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記突出部が少なくとも３のアスペクト比を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記更なる層が付加的に、前記突出部の中間にある空間を満たすことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記更なる層が前記突出部を接続するフィルムの一部分であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
柔らかい基板に接着するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
生体組織に接着するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
鼓膜穿孔の治療に使用される、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
細胞培養のための請求項１〜９のいずれか一項に記載のデバイスの使用。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のデバイスを備えるインプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造化コーティングを有するデバイス、特に粗い表面、特に、例えば鼓膜等の生体表面に接着させるための構造化コーティングを有するデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
粗い表面への接着は問題があることが多い。生物学の分野では特に、多くの接着剤は不十分な特性しか示さない。一方で、接着剤の表面が創傷治癒等の生物学的過程に不十分にしか適合しないという問題がある。
【０００３】
例えば、接着剤を介さずに粗い表面への接着を示すこともできるヤモリ構造等の乾燥接着物質によって代替案が提供される。しかしながら、これらの物質は相当頻繁に作製しなければならず、限られた範囲にしか応用することができない。
【０００４】
鼓膜穿孔は頻繁に生じる問題であり、難聴又はしばしば再発性感染症につながる可能性がある。鼓膜穿孔の一般的な原因は中耳の感染症、外傷及び術後合併症であり得る。原則として、急性の（より小さな）穿孔（大抵の場合、自然に塞がる）と、より大きな、すなわち慢性の穿孔とを区別することができる。これらのより大きな穿孔は、鼓膜形成術又は鼓室形成術によって外科的に治療しなければならず、これらの手順は高い成功率を有するが、手術リスクに加えて残存穿孔のリスクもある。さらに、鼓室形成術では自己組織が移植されるが、これを付加的に除去する必要がある。鼓膜損傷の再生における主な問題の１つは、上皮細胞の移動及び３層膜の形成のためのキャリア層がないことである。概して、移植された組織又はポリマーのいずれかを「支持プラットホーム」として使用することができ、この場合、その機能は生体分子の使用によって改善することができる。この目的で使用することができるポリマーとしては、ゼラチン、絹フィブロイン、キトサン、アルギネート又はポリ（グリセロールセバケート）が挙げられる。これらのポリマー及び様々な成長因子の使用における現在の調査結果は、Hong et alによる概説に見ることができる。使用されたポリマーの多くが穿孔の閉鎖に関して目覚ましい結果をもたらすが、問題の組織の形態に著しい違いが見られる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、粗い表面、特に生体表面に対する接着を特に示し、従来技術の欠点を回避する、構造化コーティングを有するデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、独立請求項の特徴を有する発明により達成される。本発明の有利な改善は従属請求項に記載される。全ての請求項の文言が引用することにより本明細書の一部をなす。本発明は独立請求項及び／又は従属請求項の全ての合理的な組合せ、特に全ての言及される組合せも含む。
【０００７】
上記目的は、構造化コーティングを有するデバイスであって、該デバイスがキャリア層を備え、複数の突出部（柱）が該キャリア層上に配置され、該突出部が各々、少なくとも表面の反対を向く端面を有する軸を含み、更なる層が少なくとも端面上に配置され、該層が問題の突出部とは異なる弾性率を有することを特徴とする、デバイスによって達成される。
【０００８】
この更なる層は、表面への接着に用いられるデバイスの上面も形成する。
【０００９】
したがって、デバイスは垂直方向に、突出部の位置で、弾性率が異なるキャリア層から出発する少なくとも２つの層、具体的には少なくとも突出部とその上に配置される更なる層とを備える。この更なる層及び突出部の端面が、弾性率が異なる２つの領域間の界面を形成する。作製方法に応じて、界面は結合助剤の薄層を含んでいてもよい。
【００１０】
弾性率は、好ましくは特定の領域内で一定であるものとする。
【００１１】
突出部自体が、弾性率が異なる更なる領域を有していてもよい。
【００１２】
更なる層は、該層が上に配置される突出部よりも低い弾性率を有するのが好ましい。この構造のために、突出部の軸は更なる層よりも弾性が低い。したがって、柱の軸は荷重の有無に関わらず、より低い凝集の傾向を示す。一方、突出部の上部はより弾性が高く、粗い及び／又は柔らかい表面により良好に適合させることができる。
【００１３】
本発明の更なる実施の形態では、更なる層と端面との間の界面は、それぞれの突出部に関して更なる層の表面に平行ではない。
【００１４】
本発明の一実施の形態では、突出部の端面は湾曲している。端面は突出部内にピークを有するのが好ましい。特に、端面は放物線状又は半球状の形状を有する。このようにして、更なる層との界面も対応する形状を有する。ここで、端面が突出部の端でしか曲率を示さなくてもよく、突出部の中央で平坦な軌道を有する。かかる配置では、端面より上の更なる層の厚さは一定ではない。端面が突出部の中央でピークを形成し、更なる層の表面が平坦な形状を有する場合、突出部より上の更なる層の厚さは突出部の中央に向かって減少する。
【００１５】
このような界面の形状の結果として、異なる弾性又は曲げ剛性を有する材料が存在し、互いに係合する。かかる配置により、かかる突出部の接着力が増大し、また崩壊する傾向が減少することが見出されている。
【００１６】
本発明の一実施の形態では、突出部より上の更なる層の最小垂直厚さと突出部の高さとの比率は３未満、好ましくは１未満、特に０．５未満、特に０．２未満である。このようにして、例えば突出部の幾可学的形状による湾曲した相界面の場合の更なる層の厚さの変化は、接着に対して特に強い影響を与える。最適比は、弾性率の比率及び界面の幾可学的形状にも左右され得る。
【００１７】
本発明の一実施の形態では、端面の曲率は更なる層の方向に凸状であり、すなわち相界面がピークを有する。曲率は、特に突出部の直径の２倍まで、特に少なくとも突出部の直径の半径を有する球面曲率であるのが好ましい。
【００１８】
本発明の更なる実施の形態では、表面からの剥離時に、突出部は中央で剥離し始める。界面、特に凸状界面の弾性率、サイズ比及び幾可学的形状の有利なパラメーターは、シミュレーション及び測定によって決定することができる。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態では、キャリア層上の突出部は柱として構成される。これは、これらの突出部が好ましくは軸及び端面を有するキャリア層に垂直に構成される突出部であり、軸及び端面が任意の所望の断面（例えば円形、楕円形、長方形、正方形、ダイヤモンド形、六角形、五角形等）を有し得ることを意味する。
【００２０】
突出部は、突出部のベース面への端面の垂直投影がベース面と重複面を形成するように構成され、重複面及び重複面の端面への投影が、完全に突出部内にある端面上の要素を形成するのが好ましい。本発明の好ましい実施の形態では、重複面はベース面の少なくとも５０％、好ましくはベース面の少なくとも７０％を含み、特に好ましくは、重複面はベース面全体を含む。したがって、突出部は傾斜していないのが好ましいが、傾斜していてもよい。
【００２１】
好ましい実施の形態では、端面はベース面及び上面に平行に配向している。端面が上面に平行に配向せず、したがって異なる垂直高さを有する場合、端面の平均垂直高さは突出部の垂直高さと考えられる。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態では、突出部の軸は、その平均直径に関して１〜１００、好ましくは１〜１０、特に好ましくは２〜５の高さ対直径のアスペクト比を有する。
【００２３】
一実施の形態では、アスペクト比は１超、好ましくは少なくとも３、特に少なくとも７、好ましくは３〜１５、特に好ましくは３〜１０である。
【００２４】
この場合、平均直径は、突出部の高さ全体にわたって平均された、突出部の対応する断面と同じ面積を有する円の直径を指すものと理解される。
【００２５】
本発明の更なる実施の形態では、突出部の高さ全体にわたる突出部の高さと指定の高さでのその直径との比率は常に１〜１００、好ましくは１〜１０、特に好ましくは２〜５である。一実施の形態では、このアスペクト比は少なくとも３、特に少なくとも７、好ましくは３〜１５、特に好ましくは３〜１０である。この場合、直径は指定の高さでの突出部の対応する断面と同じ面積を有する円の直径を指すものと理解される。
【００２６】
突出部は広がった端面、いわゆる「キノコ形の」構造を有していてもよい。更なる層が端面を超えて延びることで、「キノコ形の」構造を形成することも可能である。
【００２７】
好ましい実施の形態では、突出部は広がった端面を有しない。
【００２８】
更なる層の表面自体が、その表面積が増大するように構造化されていてもよい。この場合、更なる層の平均垂直高さは更なる層の垂直厚さとみなされる。
【００２９】
好ましい実施の形態では、全ての突出部の垂直高さは１μｍ〜１０ｍｍ、好ましくは１μｍ〜５ｍｍ、特に１μｍ〜２ｍｍの範囲、好ましくは１０μｍ〜２ｍｍの範囲である。
【００３０】
好ましい実施の形態では、端面より上の更なる層の垂直厚さは１μｍ〜１ｍｍ、好ましくは１μｍ〜５００μｍ、特に１μｍ〜３００μｍ、好ましくは１μｍ〜２００μｍの範囲、特に１０μｍ〜２００μｍの範囲、最も好ましくは５μｍ〜１００μｍの範囲である。
【００３１】
更なる層は、更なる層の表面への突出部のベース面の投影の少なくとも５０％に関して、上記の範囲又は好ましい範囲の１つの垂直厚さを有するのが好ましい。
【００３２】
突出部より上の更なる層の最小厚さは、常に突出部の最大垂直高さよりも小さいのが好ましい。
【００３３】
好ましい実施の形態では、キャリア層の垂直厚さは１μｍ〜２ｍｍ、好ましくは１μｍ〜５００μｍ、特に１μｍ〜３００μｍの範囲である。
【００３４】
好ましい実施の形態では、ベース面は、その面積に関して０．１μｍ〜５ｍｍ、好ましくは０．１μｍ〜２ｍｍ、特に好ましくは１μｍ〜５００μｍ、特に好ましくは１μｍ〜１００μｍの直径を有する円に相当する。一実施の形態では、ベース面は０．３μｍ〜２ｍｍ、好ましくは１μｍ〜１００μｍの直径を有する円である。
【００３５】
軸の平均直径は好ましくは０．１μｍ〜５ｍｍ、好ましくは０．１μｍ〜２ｍｍ、特に好ましくは１μｍ〜１００μｍである。高さ及び平均直径を好ましいアスペクト比に従って適合させるのが好ましい。
【００３６】
広がった端面を有する好ましい実施の形態では、突出部の端面の表面又は更なる層の表面は、突出部のベース面の面積の少なくとも１．０１倍、好ましくは少なくとも１．５倍大きい。例えば、これは１．０１倍〜２０倍大きくすることができる。
【００３７】
更なる実施の形態では、広がった端面はベース面より５％〜１００％大きく、特に好ましくはベース面より１０％〜５０％大きい。
【００３８】
好ましい実施の形態では、２つの突出部間の距離は２ｍｍ未満、特に１ｍｍ未満、最も好ましくは５００μｍ未満又は１００μｍ未満である。
【００３９】
突出部は、周期的な間隔で規則的に配置されるのが好ましい。
【００４０】
本発明の好ましい実施の形態では、突出部は５μｍ〜５０μｍ、好ましくは最大２５μｍの高さを有する。更なる層は、端面より上の垂直厚さが３μｍ〜７０μｍである。柱状の突出部の間の平均距離は、５μｍ〜５０μｍである。キャリア層の厚さは、５μｍ〜１００μｍである。突出部間の距離に応じて、直径は５μｍ〜４０μｍである。突出部は六角形に配置されるのが好ましい。特に好ましくは、突出部の密度は１ｃｍ２当たり１００００個〜１００００００個の突出部というものである。
【００４１】
更なる層と、突出部と、キャリア層とを備えるデバイスの総厚は、５０μｍ〜３００μｍであるのが好ましい。
【００４２】
突出部及び更なる層の全ての領域の弾性率は、好ましくは５０ｋＰａ〜３ＧＰａである。柔らかい領域、すなわち特に更なる層の弾性率は５０ｋＰａ〜２０ＭＰａ、好ましくは１００ｋＰａ〜１０ＭＰａであるのが好ましい。これとは独立して、高い弾性率を有する領域、例えば突出部及び例えばキャリア層の弾性率は、好ましくは１ＭＰａ〜３ＧＰａ、より好ましくは２ＭＰａ〜１ＧＰａである。全てのより柔らかい及びより硬い領域の弾性率は上記の範囲であるのが好ましい。
【００４３】
最低の弾性率と最高の弾性率を有する領域との弾性率の比率は好ましくは１：２０００未満、特に１：１５００未満、好ましくは１：１２００未満、これとは独立して少なくとも１：１．１、好ましくは少なくとも１：１．５、特に少なくとも１：２である。この場合、最大１：１０００の比率が有利であり得る。更なる層が最低の弾性率を有するのが好ましい。特に、比率は１：１．１〜１：５００、好ましくは１：２〜１：５００である。
【００４４】
本発明の更なる実施の形態では、最低の弾性率を有するデバイスの領域と最高の弾性率を有する領域との弾性率の比率は、好ましくは１：２〜１：２００（柔らかい対硬い）、特に１：２〜１：１００である。
【００４５】
更なる実施の形態では、上記に示した比率は、更なる層（柔らかい）の弾性率と突出部（硬い）の弾性率との比率を表す。
【００４６】
本発明の特に好ましい実施の形態では、更なる層は付加的に、突出部の中間にある空間を満たす。
【００４７】
この実施の形態では、デバイスは少なくとも２つの成分から構成されるコーティングとみなすことができ、これらの２つの成分は、この場合コーティング中に埋め込まれている突出部のために、それら成分の間に構造化界面を有する。更なる層の上側は好ましくは平面形状を有し、キャリア層の下側も好ましくはそのような形状を有する。更なる層の厚さについて与えられる指示は、端面より上に配置される更なる層の一部分を指している。
【００４８】
突出部は、中間にある空間を満たすことによって付加的に安定化される。驚くべきことに、かかる層も接着性の増大を示すことが見出された。囲まれた突出部もその周囲の材料によって安定化される。このことから、デバイスの接触面に平行な引張力は突出部の崩壊を引き起こさず、かかる引張力の場合であっても接着力が存在し続ける。これは例えば、接着に加えて、デバイスが接触面に平行な引張力に耐えることも意図される場合に重要である。この一例は、縫合すべき傷口又は鼓膜の損傷への適用である。
【００４９】
さらに、いかなる汚染も中間にある空間に蓄積し得ないために、この層を容易に清浄又は無菌に保つことができる。
【００５０】
付加的に、満たされた構造により、表面からの剥離時に自立した突出部の場合に生じ得る応力ピークを低減することが可能である。
【００５１】
加えて、かかるデバイスは、単に、突出部を有するキャリア層を更なる層の材料でコーティングすればよいことから、より容易に作製することができる。複雑な構造化工程は必要とされない。
【００５２】
この実施の形態におけるデバイスの表面は閉鎖し、均一に見える。このため、特定の用途に適合させるために、表面をより容易に修飾することができる。この場合、表面の処理はコーティング内部の構造化に影響を及ぼさない。
【００５３】
このため、既知の方法を用いて表面を機能化又は処理することができる。
【００５４】
本発明の更なる実施の形態では、更なる層の部分は突出部を接続するフィルムである。この場合、突出部の中間にある空間は満たされない。
【００５５】
フィルムは、架橋された突出部の垂直高さの１００％未満、好ましくは５０％未満、特に好ましくは３０％未満の厚さを有するのが好ましい。この場合、フィルムは高さの計算に含まれない。
【００５６】
フィルムは２ｍｍ未満、好ましくは１ｍｍ未満、特に好ましくは８００μｍ未満の厚さを有するのが好ましい。
【００５７】
突出部は多くの異なる材料から構成することができ、好ましくはエラストマー、特に好ましくは架橋性エラストマーである。より高い弾性率を有する領域は、デュロプラスト（duroplasts）を含んでいてもよい。
【００５８】
突起部及び更なる層はそれゆえ以下の材料を含み得る：
エポキシ及び／又はシリコーンをベースとするエラストマー、ポリウレタン、エポキシ樹脂、アクリレート系、メタクリレート系、ホモポリマー及びコポリマーとしてのポリアクリレート、ホモポリマー及びコポリマーとしてのポリメタクリレート（ＰＭＭＡ、ＡＭＭＡメタクリル酸アクリロニトリル／メチル）、ポリウレタン（メタ）アクリレート、シリコーン、シリコーン樹脂、Ｒゴム（ＮＲ天然ゴム、ＩＲポリイソプレンゴム、ＢＲブタジエンゴム、ＳＢＲスチレンーブタジエンゴム、ＣＲクロロプレンゴム、ＮＢＲニトリルゴム）、Ｍゴム（ＥＰＭエチレンプロピレンゴム、ＥＰＤＭエチレンプロピレンゴム）等のゴム、不飽和ポリエステル樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、ビニルエステル樹脂、ホモポリマー又はコポリマーとしてのポリエチレン、並びに上述の材料の混合物及びコポリマー。ＥＵ（２０１１年１月１５日公開の２０１１年１月１４日付のＥＵ規則第１０／２０１１号による）若しくはＦＤＡにより包装、医薬品及び食品の分野での使用が認可されているエラストマー、又はＰＶＤ及びＣＶＤプロセス工学によるシリコーンを含まないＵＶ硬化型樹脂も好ましい。この場合、ポリウレタン（メタ）アクリレートはポリウレタンメタクリレート、ポリウレタンアクリレート、並びにその混合物及び／又はコポリマーを表す。
【００５９】
ヒドロゲル、例えばポリウレタン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸）、シリコーン、ポリアクリルアミド、ヒドロキシ化ポリメタクリレート又はデンプンをベースとするものも使用され得る。
【００６０】
エポキシ及び／又はシリコーンをベースとするエラストマー、ポリウレタン（メタ）アクリレート、ポリウレタン、シリコーン、シリコーン樹脂（例えばＵＶ硬化ＰＤＭＳ）、ポリウレタン（メタ）アクリレート、並びにゴム（例えばＥＰＭ、ＥＰＤＭ）が好ましい。
【００６１】
例えばビニル末端シリコーンをベースとするポリマー等の架橋性シリコーンが特に好ましい。
【００６２】
上述の物質の中で、エポキシ及び／又はシリコーンをベースとするエラストマー、ポリウレタン（メタ）アクリレート、ポリウレタン、シリコーン、シリコーン樹脂（例えばＵＶ硬化ＰＤＭＳ）、ポリウレタン（メタ）クリレート、並びにゴム（例えばＥＰＭ、ＥＰＤＭ）、特に架橋可能なシリコーン、例えばビニル末端シリコーンをベースとするポリマーが、表面に接する更なる層に対して特に好ましい。
【００６３】
上述のヒドロゲル又は粘着剤を更なる層に使用することもできる。
【００６４】
更なる実施の形態では、更なる層の表面が処理される。これにより表面の特性に影響を与えることが可能となる。これは、好ましくはＡｒ／Ｏ２プラズマによるプラズマ処理等の物理的処理によって行うことができる。
【００６５】
例えば細胞との或る特定の適合性を達成するために、表面上の添加剤への共有結合又は非共有結合を形成することもできる。例えばポリ−Ｌ−リジン、ポリ−Ｌ−オルニチン、コラーゲン又はフィブロネクチン等の細胞接着を支持する添加剤が好ましい。かかる添加剤は、細胞培養の分野から知られている。
【００６６】
特に医療分野での用途においては、物質をデバイスの一部に保管し、その後ゆっくりと放出させることが有利である場合がある。例えば、これらの物質は抗生物質等の薬物、又は細胞接着若しくは細胞成長を支持する補助剤であり得る。
【００６７】
更なる実施の形態では、突出部及びキャリア層は一体成形で構成され、同じ材料から構成される。
【００６８】
更なる実施の形態では、デバイスは、任意に取り外し可能であってもよい更なる層も含む。このように、表面を使用前に取り外し可能なフィルムによって保護することができる。更なる安定化層がキャリア層上に配置されていてもよい。
【００６９】
キャリア層は、その上に配置される突出部の最大高さよりも小さい厚さを有するのが好ましい。
【００７０】
キャリア層は、突出部と同じ材料から構成される場合、より高い弾性率を有する材料を含むため、キャリア層の厚さをデバイス全体の弾性に影響を及ぼすように用いることもできる。
【００７１】
本発明によるデバイスは、柔らかい基板に接着するように構成されるのが好ましい。
【００７２】
本発明によるデバイスは、特に生体組織に接着させるために構成される。この目的で、デバイスを例えばフィルムとして構成することができる。デバイスを、適所に固定されるデバイスと組み合わせて構成することもできる。例えば、これらのデバイスは装飾材料だけでなく、電極、又はインプラント、特に骨に固定されないインプラント、若しくは柔らかいインプラント等の他の医療デバイスとすることもできる。例えば、これらのデバイスは虹彩インプラントであってもよい。したがって、本発明は、例えばインプラントの表面の少なくとも一部の上に本発明によるデバイスを備えるインプラントにも関する。
【００７３】
本発明は、生体組織に接着させるための上述のデバイスの使用に更に関する。これらの組織は皮膚等の任意の所望の組織だけでなく、臓器表面、創傷表面又は鼓膜等の内部組織であってもよい。デバイスにより、良好な耐容性を示す表面と生体組織への同時接着との組合せが可能となる。したがって、デバイスは細胞培養又は形成される新たな組織の増殖基質としても役立つ。
【００７４】
鼓膜穿孔の治療
デバイスは、その接着性のために鼓膜の表面に極めて有利に接着し、応力下でそれを適用することも可能とする。デバイスは、その構造のために鼓膜だけでなく周囲組織に接着する。任意に、このようにして構成されたデバイスは、異なる接着性を有する異なる領域を含んでいてもよい。これは材料、又は更なる層の層厚だけでなく、単にデバイス内での突出部の分布によっても生じ得る。
【００７５】
したがって、フィルムとして有利に構成されるデバイスは、少なくとも突出部を有するキャリア層を含み、中間にある空間が満たされるように、更なる層がこれらの突出部に適用される。フィルムとしての実施の形態によって、デバイスを容易に所望のサイズに切ることができる。これは治療を行う人、例えば医師が個人的に行うこともできる。
【００７６】
デバイスは、その構造化のために、それが適用される組織に有利に接着する。鼓膜に加えて、これは周囲組織であってもよい。耳に流れ込む可能性がある液体成分は、デバイスの適用に必要とされない。
【００７７】
使用される材料に応じて、例えばデバイスを取り外すことなく治癒を確認するためにデバイスの下の組織の状態を観察することができるように、デバイスは透明であってもよい。デバイスは透明であるのが好ましい。
【００７８】
デバイスは、その乾燥接着性（dry adhesiveness）のために容易に再び取り外すことができる。
【００７９】
驚くべきことに、本発明によるデバイス、特に更なる層が中間にある空間を満たすデバイスは、細胞培養に有利な特性、すなわち生体外での細胞の培養を示すことも見出された。デバイスはサイズに合わせて容易に切ることができる。その上で細胞を培養する２つの層、特に更なる層のＥ弾性率のために、デバイスを培養される細胞に適合させることができる（Ｅ弾性率（脳細胞）：およそ０．１ｋＰａ〜１ｋＰａ；Ｅ弾性率（筋細胞）：およそ８ｋＰａ〜１７ｋＰａ；Ｅ弾性率（骨細胞）：およそ２５ｋＰａ〜４０ｋＰａ）。
【００８０】
特に、同じ細胞培養物に基づいて様々な試験を行うことができるように、デバイスを細胞の培養後に容易に分割することができる。デバイスを透明にすることができるため、このようにして得られる培養物は顕微鏡試験にも適している。例えば、これらをカミソリの刃又はメスを用いて切断することができる。デバイスは通常のガラス支持体、例えば円形スライドガラスにも適用することができる。代替的には、デバイスを対応する培養容器での培養に直接使用することができる。
【００８１】
デバイスの表面を培養のために物理的又は化学的に処理することもできる。これは例えば、例えば５０℃〜２００℃、特に１００℃〜１５０℃、１バール〜５バールの圧力で５分間〜３時間の蒸気滅菌によるオートクレーブ処理によって行うことができる。かかるオートクレーブ処理（１２１℃、２バール、２０分間）では、接着応力の顕著な変化は観察されなかった。
【００８２】
例えば、表面をポリ−Ｌ−リジン、ポリ−Ｌ−オルニチン、コラーゲン、フィブロネクチン、ゼラチン、ラミニン、ケラチン、テネイシン又はパールカン（perlecan）で処理することができる。かかる添加剤は、細胞培養の分野から知られている。
【００８３】
本発明は、本発明によるデバイスの実施の形態を作製する方法にも関する。
【００８４】
個々の方法工程を以下に更に詳細に記載する。工程は必ずしも指定の順序で行う必要はなく、記載される方法は、本明細書に言及されない更なる工程を有していてもよい。
【００８５】
この目的で、第１の工程では、複数の突出部の成形のために鋳型を準備する。
【００８６】
突出部の材料を、好ましくは液体としてこの鋳型に導入する。任意に、材料は既に少なくとも部分的に硬化されていてもよい。
【００８７】
その後、キャリア層、すなわち突出部が上に配置される表面の材料を鋳型に適用し、硬化させる。特に好ましくは、例えばより多量の材料を直接導入することによって、キャリア層及び軸を一工程でも作製することができるように、これは突出部の軸と同じ材料である。
【００８８】
次の工程では、キャリア層及び突出部を鋳型から取り外す。
【００８９】
その後、更なる層の材料を、突出部が完全に覆われるような量で突出部を有する表面に適用する。これは例えばドクタリング（doctoring）又はスピンコーティングによって行うことができる。
【００９０】
次の工程では、更なる層を硬化させる。
【００９１】
更なる詳細及び特徴は、従属請求項に関連した以下の好ましい実施例の説明に見られる。この場合、それぞれの特徴は個別に、又は互いに組み合わせた複数の特徴として実現することができる。目的を達成する可能性は実施例に限定されない。例えば、いずれの場合にも、与えられる範囲には、不特定の中間値及び全ての考え得る部分区間が含まれる。
【００９２】
実施例は図面に概略的に示される。個々の図面の同じ参照番号は同一であるか、機能的に同一であるか、又はそれらの機能に関して互いに対応する要素を表す。より具体的には、図面は以下を示す。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の一実施形態の断面の概略図である。
【図２】ＳＳＡ  ５０：５０を微細構造ＰＤＭＳ層上に６０００ｒｐｍでスピンコーティングすることによって作製した本発明による層のＳＥＭ画像を示す図である。ＰＤＭＳ層は、重り（１００ｇ）を用いて作製した。
【図３】スピンコーティング速度に対する微細構造ＰＤＭＳ層上の層厚の依存性を示す図である。全てのＰＤＭＳ層は、重り（１００ｇ）を用いて作製した。
【図４】重りの使用に応じた得られる層厚の統計学的評価を示す図である。
【図５】スピンコーティングによってガラス基板に適用されたＳＳＡ  ５０：５０の層を通る断面のＳＥＭ画像を示す図である。
【図６】スピンコーティング速度に対するガラス表面上のＳＳＡ  ５０：５０の層厚の依存性を示す図である。
【図７】様々な用途における滑らかな基板（ＳＭＯＯＴＨ）に対する様々な比率のＳＳＡ及びＰＤＭＳの接着力を示す図である（Ａ：引っ張り応力対速度；Ｂ：引っ張り応力対層厚；Ｃ：最大ひずみ対層厚；Ｄ：接着エネルギー対層厚）。層厚はＳＥＭによって決定した。
【図８】ＰＤＭＳ（Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｇ）又はＳＳＡ  ５０：５０（Ｂ、Ｄ、Ｆ）上へのプレーティングの４時間後のＬ９２９細胞の顕微鏡写真を示す図である。修飾なし（Ａ及びＢ）；ポリ−Ｌ−リジンで修飾（Ｃ及びＤ）；ポリ−Ｌ−オルニチン及びその後のフィブロネクチンとのインキュベーション（Ｅ及びＦ）；Ｇ  組織培養処理（ＴＣ処理）ポリスチレン上で培養した細胞。
【図９】ＰＤＭＳ（Ａ）、ＳＳＡ  ５０：５０（Ｂ）上、及びＯ２／Ａｒプラズマ処理ＰＤＭＳ（Ｃ）又はＳＳＡ  ５０：５０（Ｄ）でそれぞれ処理した２４時間後のＬ９２９細胞の顕微鏡写真を示す図である。
【図１０】３×１０５個の生活細胞から開始した図９による表面上の２４時間後の細胞数を示す図である（スチューデントｔ検定、＊ｐ＜０．０５  ＊＊ｐ＜０．０００５）。
【図１１】図９及び対照による表面上での２４時間の培養後の乳酸脱水素酵素（ＬＤＨ）の活性（細胞毒性のパーセント）を示す図である。
【図１２】構造化コーティング（ＰＤＭＳ／ＳＳＡ  ５０：５０；突出部上の２０μｍ層厚のＳＳＡ  ５０：５０）と非構造化コーティングＰＤＭＳ／ＳＳＡ  ５０：５０との接着力の比較を示す図である。
【図１３】Ｖｉｔｒｏ−Ｓｋｉｎ（商標）の非構造化コーティング（Ａに示す構造）を用いた引張力試験を示す図である。ＢはＰＤＭＳ（参照）、及びＳＳＡを４０：６０〜５２：４８の様々な混合比で適用したＰＤＭＳについて測定された引張力を示す。
【図１４】ＰＤＭＳ（Ａ）、ＳＳＡ  ５０：５０（Ｂ）、ＰＬＬを有するＰＤＭＳ（Ｃ）、ＰＬＬを有するＳＳＡ  ５０：５０（Ｄ）上で４８時間後のＬ９２９細胞の顕微鏡写真を示す図である。画像Ａ１、Ｂ１、Ｃ１及びＤ１は６０秒間の振盪後のサンプルを示す。
【図１５】プラズマ処理の前後の様々な表面についての接触角を示す図である（左から右にＰＤＭＳ；ＰＤＭＳプラズマ；ＳＳＡ  ４０：６０；ＳＳＡ  ４０：６０プラズマ；ＳＳＡ  ５０：５０；ＳＳＡ  ５０：５０プラズマ）。
【図１６】ＳＳＡ  ４０：６０及びＳＳＡ  ５０：５０の複素弾性率を０．１Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数でのレオメトリー（rheometry）によって決定したことを示す図である。測定振幅は０．１％であった。
【図１７】粗い基板と滑らかな基板との様々な接着パラメーターの比較を示す図である。（Ａ）基板をおよそ４０ｍＮの力でプレパラート（preparations）に押し付けた後の保持時間に応じた引っ張り応力の決定。粗い基板を用いて試験したプレパラートの厚さは、１３０μｍ〜１７０μｍであった。（Ｂ）粗い基板及び滑らかな基板を用いた引っ張り応力の比較。（Ｃ）粗い基板及び滑らかな基板を用いた最大ひずみの決定。（Ｄ）粗い基板及び滑らかな基板を用いた接着エネルギーの決定。
【図１８】接着値の決定に使用した測定装置の概略構造を示す図である（Ａ）。測定に使用したガラス基板の粗さの決定。滑らかな基板についての曲線（距離対高さ）は、粗い基板とは対照的に実質的に偏差を示さない。
【図１９】作製プロセスの概略図である。
【図２０】本発明の更なる実施形態の断面の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００９４】
Dow CorningのＳｏｆｔ  Ｓｋｉｎ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ（ＳＳＡ）を試験に使用した。これらはビニル末端シリコーンである。２つの溶液Ａ及びＢを混合することによって、ポリマーの硬化を触媒し、Ｐｔを開始する。試験はＭＧ  ７−９８００を用いて行った。用いた組成はＳＳＡ  Ａ：Ｂで示す。
【００９５】
図１に本発明の一実施形態の断面の概略図を示す。デバイスは、複数の突出部１１０が上に配置されるキャリア層１００を備える。更なる層１２０がそれぞれの突出部の端面１４０上に配置される。この場合、この層は突出部の中間にある空間１３０も満たす。更なる層の表面１５０は、接着に用いられる表面である。突出部自体が好ましくは円形断面を有し、したがって柱を構成する。
【００９６】
図２に、微細構造ＰＤＭＳ表面上のＳＳＡ層の作製における遠心加速度の増加の影響を示すＳＥＭ画像（ＳＥＭ：走査型電子顕微鏡）を示す。回転速度の増加に伴う層厚の減少を明らかに認めることができる。
【００９７】
図３に種々の速度（それぞれ９０秒間）でＳＥＭによって決定される層厚を示す。この場合、層厚は微細構造ＰＤＭＳ表面上の層の厚さとされる。
【００９８】
図４に、作製されるＰＤＭＳキャリア層の層厚に対する重りの影響を示す（図１９の上の方法も参照されたい）。重りを層の上に置くことによって、より薄い層を得ることができる。これにより、よりフレキシブルなデバイスを得ることが可能となる。
【００９９】
図５にガラス上のＳＳＡ  ５０：５０層のＳＥＭ画像を示す。この場合にも、スピンコーティング中の条件によって層厚を設定することができる。得られる対応する層厚を図６に示す。いずれの場合にも時間を９０秒とした。しかしながら、より低い速度及びより長い期間でも同様の層を得ることができる。
【０１００】
図７に、適用した様々な層における図１８による測定の値を示す。ＰＤＭＳ（Ｓｌｙｇａｒｄ  １８４）を使用した。比率はＰＤＭＳ及び架橋剤の割合を示す。
【０１０１】
様々な層厚（５０μｍ〜２５０μｍ）をドクタリング法によってガラス表面に適用した。層厚の減少と共に接着性の増大が測定された。全ての材料について、引っ張り速度の増加がより高い接着応力をもたらすことが分かる（図Ａ）。ＳＳＡ混合物の全てについてフィルムの厚さと試験した全てのパラメーターとの間に明白な依存性が見られる。これらのパラメーターには、引っ張り応力（図Ｂ）、最大ひずみ（図Ｃ）及び接着エネルギー（図Ｄ）が含まれる。ＰＤＭＳの大幅に大きなＥ弾性率のために、この場合にフィルム厚さに対する引っ張り応力の実質的に低い依存性が見られる。特に引っ張り応力が材料のＥ弾性率に依存することが図Ｂから分かる。材料が硬いほど観察される応力が高くなる。最大ひずみ（図Ｃ）の観察時に、ＳＳＡ  ５０：５０の最大ひずみが試験した他の全ての材料よりも顕著に大きいことが確認される。
【０１０２】
図８に、Ｌ９２９細胞（線維芽細胞、マウス種）の接着に対する表面修飾の影響を示す。この目的で、かかる細胞を４時間のプレーティング時間の後にそれぞれの表面上において顕微鏡で検査した。ＰＤＭＳ及びＳＳＡ  ５０：５０について、表面を修飾しない場合に最小の細胞接着が見られる（Ａ及びＢ）。表面へのポリ−Ｌ−リジンの吸着は、ＰＤＭＳ（Ｃ）及びＳＳＡ  ５０：５０（Ｄ）について接着挙動及び細胞伸長の形成の明らかな増大をもたらした。
【０１０３】
ＰＤＭＳ（Ｅ）及びＳＳＡ  ５０：５０（Ｆ）について、この接着挙動をポリ−Ｌ−オルニチンでのポリマー表面の処理及びその後のフィブロネクチンとのインキュベーションによって顕著に改善することが可能であった。この場合、扁平な細胞形態は細胞培養処理ポリスチレンと同等である。ＳＳＡ  ５０：５０の接着特性は表面修飾後も保持された。
【０１０４】
ポリ−Ｌ−オルニチン及びポリ−Ｌ−リジン溶液を、ポリマー表面上において３７℃で２０分間インキュベートした。次いで、これらをリン酸緩衝液（ＰＢＳ）ですすいだ。ウシフィブロネクチンを３７℃で６０分間インキュベートした。濃度はＰＢＳ  １ｍｌ当たり１０μｇであった。その後、ＰＢＳ洗浄及び風乾を行った。
【０１０５】
２４時間の培養時間後のＰＤＭＳ及びＳＳＡ  ５０：５０上のＬ９２９細胞の接着挙動も調査した。この目的で、３×１０５個の生活細胞をＰＤＭＳ（Ａ）、ＳＳＡ  ５０：５０（Ｂ）、プラズマ処理ＰＤＭＳ（Ｃ）及びＳＳＡ  ５０：５０（Ｄ）（図９）上で２４時間培養した。この期間後に、細胞を表面から酵素的に除去し、細胞数を決定した（図１０）。ＰＤＭＳ又はＳＳＡ  ５０：５０上での培養の細胞毒性の影響について試験するために、２４時間の培養後の乳酸脱水素酵素（ＬＤＨ）活性を調査した（図１１）。いずれの条件下でも細胞毒性の影響は観察されなかった。表面の接触角に対するプラズマ処理の影響を図１５に示す。
【０１０６】
図１２に構造化の影響を示す。ＳＳＡ  ５０：５０でコーティングした微細構造表面は接着力に影響を及ぼす。ＳＳＡ  ５０：５０をスピンコーティングによって柱の高さが２０μｍの微細構造ＰＤＭＳ層に適用した。コーティングされた柱構造の接着力は、突出部が存在しない領域で顕著に高い。構造化領域及び非構造化領域を有する同じサンプルについて測定を行った。
【０１０７】
図１３に、Ｖｉｔｒｏ−Ｓｋｉｎ（商標）に対する非構造化２層複合材を用いた引張力試験のための構造を示す。この目的で、ＳＳＡが４０：６０〜５２：４８の混合比で適用されたＰＤＭＳ層から構成される２層複合材を作製した。ＰＤＭＳから構成されるプレパラートを参照として使用した。図１３Ａに試験構造の一例を示す。Ｖｉｔｒｏ−Ｓｋｉｎ（商標）は、ヒト皮膚（粗さＲａ＝１２μｍ〜１５μｍ）の表面特性を模倣する合成材料である。４０：６０の混合比のＰＤＭＳ及びＳＳＡは全く接着を示さなかった。最大接着は、５０：５０及び５２：４８の混合比のＳＳＡで得られた（図１３Ｂ）。
【０１０８】
表面に対するＬ９２９細胞の接着力も試験した。図１４に対応する光学顕微鏡写真を示す。Ｌ９２９細胞をＰＤＭＳ（Ａ）及びＳＳＡ  ５０：５０（Ｂ）上に４８時間プレーティングした。平均層厚は１３０μｍ〜２００μｍであり、光学系を用いて決定された。
【０１０９】
加えて、０．０１％ポリ−Ｌ−リジン（ＰＬＬ）を適用することによってポリマーの表面を機能化した（ＰＤＭＳ（Ｃ）及びＳＳＡ  ５０：５０（Ｄ））。細胞は個々の細胞としてプレーティングした。概して言えば、細胞が両方の材料の上で伸長を形成することから（画像上の矢印）、ＰＤＭＳとＳＳＡとの間にいかなる定量的な細胞接着の差異も顕微鏡で観察することはできない。ＳＳＡ上では、細胞は概して、より扁平でより伸長して見える。同じ印象をＰＬＬでコーティングした表面上で得ることができる（Ｃ、Ｄ）。細胞が機械的応力下でどのように挙動するかを調査するために、全てのサンプルをおよそ６０秒間にわたって同じ力で振盪した。これによりＰＤＭＳ表面からの細胞の顕著な剥離がもたらされる（Ａ１）。この画像の凝集物は、もはやポリマー表面と接触していない（Ａ１中の矢印）。これと比較すると、ＳＳＡ表面上ではＡと比べて細胞伸長の急激な低減が見られるが、表面の剥離は生じない（Ｂ１）。ＰＬＬによる機能化は、明らかにＰＤＭＳ表面上の細胞の剥離を防ぎ（Ｃ１）、ＳＳＡ上の細胞伸長の低減を防ぐ（Ｄ１）。それにもかかわらず、細胞は図Ｄ中よりも「球状」に見える。この形態は、表面への接着接触が少ない細胞に典型的なようである。まとめると、ここでＳＳＡ表面上の細胞は機械的応力に影響されにくいと言える。Ｄ１に示されるように、細胞接着は表面修飾によって顕著に改善することができる。
【０１１０】
ＳＳＡ  ５０：５０−ＰＤＭＳ複合構造を作製し、死んだマウスの無傷鼓膜に適用した。複合構造を所要の寸法に切り出した後、無傷鼓膜の接着面に適用した。剥離及び再配置の繰り返しは、鼓膜の断裂を引き起こさなかった。更なる工程では、断裂を模倣するために鼓膜の一部分を切開した。複合構造を傷の端に固定し、横方向の張力をかけることが可能であった。
【０１１１】
ＳＳＡ  ４０：６０及びＳＳＡ  ５０：５０の複素弾性率は、０．１Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数でのレオメトリーによって決定した（図１６）。測定振幅は０．１％であった。結果からＳＳＡ  ５０：５０がＳＳＡ  ４０：６０よりも低いＥ弾性率を有することが示される。おおよその比率は、ＰＤＭＳ  １０：１とＳＳＡ  ４０：６０とで約６の比率及びＰＤＭＳ  １０：１とＳＳＡ  ５０：５０とで約６５の比率であった。
【０１１２】
２つの基板の比較から、粗い基板（ガラスＲａ＝０．２７１μｍ）を用いたＳＳＡの引っ張り応力がＰＤＭＳよりも高いことが示される（図１７）。ＳＳＡ  ５０：５０は、粗い又は滑らかな基板（Ｒａ＝０．００６μｍ）を使用する場合に同等の引っ張り応力を示す（Ａ、Ｂ）。ＳＳＡ  ５０：５０の最大ひずみは、ＰＤＭＳよりもＳＳＡ  ５０：５０で実質的に高い（Ｃ）。ＰＤＭＳの接着エネルギーは、粗い基板を用いた場合にＳＳＡ  ４０：６０及びＳＳＡ  ５０：５０の接着エネルギーよりも実質的に低い（Ｄ）。
【０１１３】
これにより、本発明による構造化コーティングが粗い表面、すなわち０．２μｍを超える粗さを有する表面により良好に適していることが示される。マウス鼓膜については、薄い金フィルムの蒸着後におよそＲａ＝１μｍの粗さが測定された。
【０１１４】
図１８Ａに、測定値の決定のための測定装置の概略図を示す。構造化コーティング（ポリマーフィルム）を、可動（旋回可能な）テーブルを用いて基板（ガラス基板）に押し付ける。構造化コーティングを離した場合の基板に対する押付力及び接着力の両方を、ロードセルを用いて測定することができる。Ｂに、測定に使用したガラス基板の粗さの測定を示す（粗さはいずれの場合にも白色光干渉法によって測定した）。
【０１１５】
図１９に作製プロセスを示す。（１）で構造化表面を初めに作製し、これを次いで（２）で更なる層を有する構造化コーティングに更に加工する。左から右に、（１）はスライドガラス、又はスライドガラス上にある微細構造ＭＤ４０マスター（六角形に配置される直径７μｍ、高さ１８μｍ及び中心間距離１４μｍの柱状の突出部）のいずれかへの第１のポリマー（プレポリマー１）の適用を示す。新たなＰＤＭＳをＭＤ４０マスターに適用し、真空中で空気を抜き、プラズマで活性化されたスライドガラスを表面に適用する。重りをこれに適用するが（例えば１０ｇ／ｃｍ２）、これにより突出部のためのキャリア層を構成するＰＤＭＳ層の厚さ（例えば、４０±９μｍ）に影響を与えることが可能である。９５℃〜１００℃で１時間の重合後に、ＭＤ４０型を取り外すことができる。（２）第２のポリマー（プレポリマー２、例えばＳＳＡ）を、ここでスピンコーティング法によって微細構造ＰＤＭＳ層に適用することができ、これもプラズマで処理される。このようにして作製される複合構造を９５℃〜１００℃で重合させる。その後、表面を生物学的用途のために機能化してもよい。この方法を用いて、構造化コーティング及び非構造化コーティングの両方を比較サンプルとして作製した。パラメーターｔは突出部より上の更なる層の厚さを表し、ｂはキャリア層の厚さを表す。
【０１１６】
図２０に本発明の更なる実施形態の断面を示す。突出部は縦断面が長方形である必要はない。突出部の端面が湾曲している、特に更なる層に関して凸状であることも可能である（図２０上）。
【０１１７】
本発明の更なる実施形態を図２０の下に示す。ここで、突出部と更なる層との間の界面は波線である。したがって、突出部は３次元形状の回転放物面を有する。
【０１１８】
全ての変形について、更なる層の垂直厚さが該領域での突出部の高さに関して本発明による比率に従う更なる層の十分に大きな領域が存在することが重要である。より薄い更なる層を有するこれらの領域では有利な接着特性が生じる。突出部の形状において、特にそれらの端面でエッジを回避することにより、表面からのデバイスの剥離時の応力のピークを回避することができ、接着が改善される。
【符号の説明】
【０１１９】
１００  キャリア層
１１０  突出部
１２０  更なる層
１３０  満たされた中間にある空間
１４０  端面
１５０  基板の表面に向く表面
【図１】
2019523061.tif 000003
【図２】
2019523061.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2019523061.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2019523061.tif 000021
【図２０】
2019523061.tif 000022
【国際調査報告】
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2019523061.tif 000024
2019523061.tif 000025
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